CN103046918A

CN103046918A - 一种钻井参数优化的方法和装置

Info

Publication number: CN103046918A
Application number: CN2011103097452A
Authority: CN
Inventors: 崔猛; 汪海阁; 程荣超; 纪国栋; 于洋
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Drilling Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Engineering Technology R&D Co Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: CN103046918B

Abstract

本发明公开了一种钻井参数优化的方法和装置，属于石油钻探领域。本发明实施例包括：获取实时的钻井参数；根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数；根据所述虚拟强度指数，调整所述钻井参数降低虚拟强度指数；其中，所述钻井参数具体为：转盘转速、扭矩、钻压、机械钻速、泥浆泵排量、钻头压力降等钻井参数。本发明实施例通过实时的地质环境变化反馈的钻井参数，并实时计算得到虚拟强度指数VSI，根据与真实强度指数相关的虚拟强度指数VSI，实时调整钻井参数使得虚拟强度指数VSI，从而使得钻头切削效率一直处于尽可能的最佳状态，提高了钻井效率。

Description

一种钻井参数优化的方法和装置

技术领域

本发明涉及石油钻探领域，特别涉及一种钻井参数优化的方法和装置。

背景技术

快速发展的油气田勘探开发步伐使钻井技术的发展面临诸多挑战。近年来随着各类钻头在导向和旋转导向系统的不断应用以及钻井深度的不断增大，如何有效利用地面有限能量使钻头性能最优化变得日益重要，特别是对于水平井、定向井及大位移井等复杂结构井，综合分析和明确岩石与钻头界面上的能量利用率是优化机械钻速和成功钻达靶点的关键因素。

在现有的石油天然气勘探开发活动中过程中，通过现场录井服务技术以各类录井系统、分析仪器，对油气勘探与开发作业现场信息进行采集与整理，采集的信息包括钻井过程中实时采集到的钻头的转速、扭矩等参数。在一般情况下油气勘探是在野外作业，因此需要将这些采集到的数据通过卫星传输到基地数据中心，技术人员根据传输回来的数据对当地的地质情况进行分析再将分析结果反馈回钻井点，为本地区其他勘探钻井提供优化钻井参数的依据，以提高钻头的破岩效率。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于地质情况复杂，虽然在同一地区进行的钻井勘探活动，但是每一次的钻井勘探所面对地质情况是不相同的，因此根据前次钻井所获得的数据进行的人为或数据统计后的结果仅能作为本次钻井的参考，而无法提供精确地钻井优化策略，使得钻头在破岩时不能根据当前地质情况的变化而一直保持高效率。

发明内容

为了提高钻井过程中实时的钻井效率，本发明实施例提供了一种钻井参数优化的方法和装置。所述技术方案如下：

本发明实施例提出了一种钻井参数优化的方法，包括：

获取实时的钻井参数；

根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数；

根据所述虚拟强度指数，调整所述钻井参数降低虚拟强度指数；

其中，所述钻井参数具体为：

转盘转速、扭矩、钻压、机械钻速、泥浆泵排量、钻头压力降等钻井参数。

作为上述技术方案的优选，所述计算虚拟强度指数，具体包括：

VSI = \frac{40 {WOB}_{e}}{π d_{b}^{2}} + \frac{110 T \times N}{ROP \times d_{b}^{2}} + \frac{4 ηΔ P_{b} Q}{π d_{b}^{2} ROP}

其中，VSI为虚拟强度指数；WOB_e为钻压；d_b为钻头直径；N为转速；Q为泥浆泵排量；T为扭矩；ROP为机械钻速；ΔP_b为钻头压力降；η为钻头能耗系数；π为圆周率。

作为上述技术方案的优选，所述获取实时的钻井参数之前，所述方法包括：

系统具有加密授权机制，登录系统时验证身份合法后方能使用。

作为上述技术方案的优选，所述方法还包括：

监控获取的钻井参数，若所述钻井参数超出预设范围时，发出报警以提示当前钻井效率低下。

本发明实施例还提出了一种钻井参数优化的装置，包括：

获取模块，用于获取实时的钻井参数；

计算模块，用于根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数；

调整模块，用于根据所述虚拟强度指数，调整所述钻井参数降低虚拟强度指数；

其中，所述钻井参数具体为：

作为上述技术方案的优选，所述计算模块具体用于：

VSI = \frac{40 {WOB}_{e}}{π d_{b}^{2}} + \frac{110 T \times N}{ROP \times d_{b}^{2}} + \frac{4 ηΔ P_{b} Q}{π d_{b}^{2} ROP}

作为上述技术方案的优选，所述装置还包括：

验证模块，用于系统具有加密授权机制，登录系统时验证身份合法后方能使用。

作为上述技术方案的优选，所述装置还包括：

监控模块，用于监控获取的钻井参数，若所述钻井参数超出预设范围时，发出报警以提示当前钻井效率低下。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过实时的地质环境变化反馈的钻井参数，并实时计算得到虚拟强度指数VSI，根据与真实强度指数相关的虚拟强度指数VSI，实时调整钻井参数使得虚拟强度指数，从而使得钻头切削效率一直处于尽可能的最佳状态，提高了钻井效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中提供的钻井参数优化的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例2中提供的钻井参数优化的方法的流程示意图；

图3是本发明实施例3中提供的钻井参数优化的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

本发明实施例1提出了一种钻井参数优化的方法，其流程如图1所示，包括：

步骤101：获取实时的钻井参数；

步骤102：根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数；

步骤103：根据所述虚拟强度指数，调整所述钻井参数降低虚拟强度指数；

其中，所述钻井参数具体为：

本发明实施例通过实时的地质环境变化反馈的钻井参数，并实时计算得到虚拟强度指数VSI，根据与真实强度指数相关的虚拟强度指数VSI，实时调整钻井参数使得虚拟强度指数，从而使得钻头切削效率一直处于尽可能的最佳状态，提高了钻井效率。

实施例2

本发明实施例2提出了一种钻井参数优化的方法，其流程如图2所示，包括：

步骤201：获取实时的钻井参数。

在钻井过程中，录井仪实时的获取并保存各种钻井参数。录井仪是一套专用的录井设备，用于录取钻井工程参数、钻井液参数。钻井工程参数和钻井液参数用于监控钻井安全施工，为钻井提供优化参数等。主要由计算机系统、传感器、色谱仪等部分组成。是录井和钻井施工不可或缺的重要组成部分。

将装有VSI(Virtual Strength Index，虚拟强度指数)法钻井参数优化软件系统的计算机或服务器与录井仪接口相连。钻井过程中，录井仪采集到的实时钻井参数通过数据接口将钻井参数发送至VSI法钻井参数优化软件系统。其中，获取的钻井参数包括：井深、转盘转速等，转盘是石油钻机和修井机的重要配套设备之一，在作业中用来承托管柱重量，提供扭矩和转速、扭矩，扭矩是使转盘发生转动的力、钻压，钻压是钻头作用于与其直接接触的另一物上的力、机械钻速，机械钻速是指钻井中钻头在单位时间内的钻进进尺、泥浆泵排量，泥浆泵排量是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的排量、钻头压力降，钻头压力降是泥浆流过钻头喷嘴以后泥浆压力降低的值等。将获取到的数据保存在全局数据缓存区。

系统具有加密授权机制，登录系统时验证身份合法后方能使用。可以使用用户名和密码验证的方式，也可以使用加密狗的方式进行验证。

步骤202：根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数。

钻头破碎岩石所需能量与岩石强度有关，破碎岩石是通过钻头做功的输出而实现的。在钻头破岩的过程中系统输入能量会受到多个因素的综合影响，一般钻头钻速较低的根本原因是大部分能量损耗在破碎岩石之外，因此会导致钻头的破岩效率低下。岩石力学研究发现钻头输出功可以被整合成一个综合参数，即钻头开挖单位体积岩石所做的功称为钻头机械比能称为虚拟强度指数VSI。因此将钻井过程看作一个机械、能量平衡系统，通过对钻井参数的实时整合和岩石力学性能转换，利用这一指数来描述钻头破岩效率。

将开挖单位体积岩石所需能量与钻头的破坏效率关联起来，利用这个基本定义并基于Teale公式，同时考虑到水力参数对破岩效果的影响，根据获取到的钻井数据以及已知的有关钻井设备的一些常数，在常压条件下得到了旋转钻井的VSI的修正表达式：

VSI = \frac{40 {WOB}_{e}}{π d_{b}^{2}} + \frac{110 T \times N}{ROP \times d_{b}^{2}} + \frac{4 ηΔ P_{b} Q}{π d_{b}^{2} ROP}

其中，VSI为虚拟强度指数，单位为：MPa；

WOB_e为钻压，钻压是钻头作用于与其直接接触的另一物上的力，单位为：KN；

d_b为钻头直径，单位为：cm；

N为转速，转速为转盘的转速，单位为：RPM；

Q为泥浆泵排量，泥浆泵排量是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的排量，单位为：l/s；

T为扭矩，扭矩是转盘的发生转动的力，单位为：kN·m；

ROP为机械钻速，机械钻速是指钻井中钻头在单位时间内的钻进进尺，单位为：m/h；

ΔP_b为钻头压力降，钻头压力降是泥浆流过钻头喷嘴以后泥浆压力降低的值，单位为：MPa；

η为钻头能耗系数，该系数为一个固定值；

π为圆周率。

基于上述公式，根据实时获取的钻井参数，实时的计算VSI虚拟强度指数，将计算出的VSI虚拟强度指数保存在全局数据缓存区，用于显示在屏幕上。同时将获取的钻井参数、计算出的VSI虚拟强度指数以及根据获取的钻井参数计算得出的水里参数等重要数据保存到数据库。进一步的，还可以将获取的钻井参数、计算出的VSI虚拟强度指数以及根据获取的钻井参数计算得出的水里参数等重要数据，根据TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)或UDP(User Data Protocol，用户数据报协议)网络协议发送至基地数据中心。

步骤203：实时的显示计算得到的所述虚拟强度指数。

在VSI法钻井参数优化软件系统中，在软件中自建的二维坐标系中实时的显示出计算得到的虚拟强度指数，坐标系的X轴代表VSI虚拟强度指数的数值，Y轴代表钻井的深度。随着钻井的开始，钻井的深度不断的增加，将在相应的深度计算得到的VSI虚拟强度指数显示在坐标系中。由于VSI虚拟强度指数是不断变化的，因此形成了VSI虚拟强度指数变化的曲线。同时，在曲线图相应的位置显示VSI虚拟强度指数当前的准确数值。

显示界面中还可以将获取到的各种钻井参数实时的显示出来，例如钻压、机械钻速、转盘转速、扭矩等。与VSI虚拟强度指数的显示方式相同，也是将实时获取的各个钻井参数分别与钻井深度形成一个二维坐标系中，按照当前的深度与对应的当前的各个钻井参数以曲线的形式显示出来。同时，在每个曲线图相应的位置显示各个钻井参数当前的准确数值。

进一步的，至少预留一条用户自定义曲线，由用户自行设置显示参数的种类，允许用户对现实参数的量程、颜色等属性进行调整。

步骤204：根据所述虚拟强度指数，调整所述钻井参数降低虚拟强度指数。

在最佳破岩状态下，得到的VSI虚拟强度指数应等于岩石真实强度指数，这种情况仅仅是在破岩效率100％的设想情况下相等，真实情况下是无法达到的。而在非优化的钻井参数条件下，由于钻头在钻井过程中受到地质结构等因素的影响，虚拟强度指数将高于真实强度指数。

岩石真实强度指数可以通过测井数据计算出，也可以用最低虚拟强度指数进行估计。钻井参数偏离最佳优化值越多，则计算出的VSI虚拟强度指数高于真实强度指数就越多，因此钻井效率也就越低，钻速也就越小。因此，根据当前的VSI虚拟强度指数以及各个钻井参数，现场操作人员便可知道钻头是否处于高效破岩状态，从而实时的优化钻井参数，以提高钻井效率。

在真实操作环境下，一方面，可以事先测量出要进行钻井勘探地点的岩石真实强度指数，然后在进行钻井过程中，根据测算的岩石真实强度指数和实时获取到的各个钻井参数，以及实时计算的VSI虚拟强度指数，不断的调整钻井参数，以达到降低VSI值并尽可能的接近这个岩石真实强度指数。另一方面，由于地质环境的复杂，还可以不进行事先的测量，在钻井过程中，操作人员根据测算的岩石真实强度指数和实时获取到的各个钻井参数，以及实时计算的VSI虚拟强度指数，不断的调整钻井参数，尽可能的降低VSI值，以达到提高钻井效率的目的。

一般情况下，普遍先采取调整钻压的方式，来达到降低VSI虚拟强度指数的目的。例如：如果当加大钻压而VSI值不但没减小而增大，那么就减小钻压，从而不断根据具体的情况对VSI进行修正。另一方面，还会根据现场的实际情况，调整其他参数：转速、扭矩、泵压、泥浆泵排量等参数来达到降低VSI虚拟强度指数的目的。

步骤205：监控获取的钻井参数，若所述钻井参数超出预设范围时，发出报警以提示当前钻井效率低下。

对获取的钻井参数进行监控，预先设置每个参数的正常范围，若超出该范围则通过灯光或声音的方式提示钻井作业人员，以便调整钻井设备以提高钻井效率。

步骤206：根据需要将数据库保存的数据导出生成EXCEL文件。

步骤207：提供信息编辑功能，为所服务的井提供基本信息编辑，以便存储数据作为历史记录信息。

具体的基本信息可以为：油田名称、区块名称、井型、井别等基本信息。

实施例3

本发明实施例3提出了一种钻井参数优化的装置，其结构如图3所示，包括：

获取模块301，用于获取实时的钻井参数。

计算模块302，用于根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数。

计算模块302具体用于：

VSI = \frac{40 {WOB}_{e}}{π d_{b}^{2}} + \frac{110 T \times N}{ROP \times d_{b}^{2}} + \frac{4 ηΔ P_{b} Q}{π d_{b}^{2} ROP}

调整模块303，用于根据所述虚拟强度指数，调整所述钻井参数降低虚拟强度指数；

其中，所述钻井参数具体为：

优选的，钻井参数优化的装置还包括：

验证模块304，用于系统具有加密授权机制，登录系统时验证身份合法后方能使用。

监控模块305，用于监控获取的钻井参数，若所述钻井参数超出预设范围时，发出报警以提示当前钻井效率低下。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钻井参数优化的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取实时的钻井参数；

根据获取的所述钻井参数，实时的计算虚拟强度指数；

其中，所述钻井参数具体为：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算虚拟强度指数，具体包括：

VSI = \frac{40 {WOB}_{e}}{π d_{b}^{2}} + \frac{110 T \times N}{ROP \times d_{b}^{2}} + \frac{4 ηΔ P_{b} Q}{π d_{b}^{2} ROP}

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取实时的钻井参数之前，所述方法包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.一种钻井参数优化的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取实时的钻井参数；

其中，所述钻井参数具体为：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

VSI = \frac{40 {WOB}_{e}}{π d_{b}^{2}} + \frac{110 T \times N}{ROP \times d_{b}^{2}} + \frac{4 ηΔ P_{b} Q}{π d_{b}^{2} ROP}

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：